1. TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA UNIVERSIDAD SAN PEDRO ESCUELA PROFESIONAL DE ENFERMERÍA FÍSICA APLICADA

2. INTRODUCCIÓN Toda actividad músculo esquelético responde básicamente a un patrón único, realizado por los mismos elementos básicos contráctiles. Tipos de tejido muscular ESTRIADO NO ESTRIADO Músculo esquelético Músculo liso Tejido muscular Formado por fibras musculares o miocitos especializados en la contracción Tejido CONTRÁCTIL formado por células llamadas fibras musculares Fibras musculares que ejercen tracción mediante tendones sobre un sistema de palancas articuladas (huesos y articulaciones) Músculo cardíaco

3. TRABAJO MECÁNICO Se define como el producto de la componente de la fuerza por el módulo del desplazamiento . La unidad S.I. de trabajo es el Joule (J), la fuerza es el Newton (N) y la distancia es el metro (m)

4. Si F forma un ángulo θ con d De la definición de trabajo decimos que realizamos trabajo si al empujar un objeto sobre una superficie la fuerza (componente de F ) es paralela al desplazamiento (o distancia recorrida)

5. Si permanecemos en un sitio sosteniendo una carga pesada, creemos que estamos efectuando un duro trabajo, pero como no hay desplazamiento , concluimos que no se hace ningún trabajo sobre el peso. Sin embargo, se hace trabajo en el cuerpo ya que los impulsos nerviosos inducen repetidamente contracciones de las fibras musculares. A diferencia de los huesos o de un poste de acero una fibra muscular no puede sostener una carga estáticamente. Por el contrario debe relajarse y contraerse repentinamente, haciendo trabajo en cada contracción. No somos consientes de este proceso debido al gran número de fibras musculares y a la rapidez de las contracciones.

6. ENERGÍA MECÁNICA La energía puede definirse como la capacidad que poseen los cuerpos para realizar trabajo ENERGÍA CINÉTICA Una forma de energía asociada al trabajo es la energía cinética, que corresponde a aquella que poseen los cuerpos en movimiento. La energía cinética de traslación de un objeto de masa m y velocidad v es

7. La energía cinética final de un objeto es igual a su energía cinética inicial más el trabajo realizado sobre él y por todas las fuerzas que actúan sobre él. La relación entre el trabajo realizado sobre un objeto y su energía cinética se relacionan mediante el siguiente principio fundamental

8. ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL El trabajo que realiza una fuerza cuando levanta un cuerpo, queda almacenada en él en forma de energía potencial gravitacional (U), que es la energía que posee cualquier cuerpo en virtud de su posición.

9. El trabajo es el cambio o variación de la energía potencial gravitacional, de modo que La suma de la energía cinética más ala energía potencial se denomina energía mecánica total.

10. La energía existe en muchas otras formas además de la energía mecánica y la energía térmica. Por ejemplo cuando un combustible fósil se pone en contacto con oxigeno a temperatura elevada, ocurren cambios químicos que desprenden energía. Análogamente, el cuerpo humano utiliza los alimentos para sintetizar moléculas que luego se rompen para proporcionar la energía necesaria.

11. POTENCIA Se define como la rapidez con la que se realiza un trabajo . La unidad de potencia en el S.I. es el joule por segundo, que se denomina vatio (W), entonces

12. APLICACIONES Los músculos cubren el esqueleto humano casi totalmente y constituyen la parte carnosa del cuerpo, se pueden clasificarse de diferentes maneras, histología se distingue tres tipos de músculos: estriado (esquelético y cardiaco) y no estriado (liso). Nosotros nos encargaremos del estudio del músculo esquelético pues su control es voluntario y tiene contracciones rápidas.

13. ESTRUCTURA DEL MUSCULO ESTRIADO El músculo estriado esta formado por un conjunto de “fibras musculares” y una estructura que los liga o sostiene constituida por el tejido conectivo. El diámetro de las fibras musculares oscila entre 10 y 100μm y su longitud varia desde una fracción de centímetros hasta 30 o 40 cm. La fibra está rodeada por una membrana llamada “sarcolema” cuyo espesor es de unos 100

14. Músculo Fascículo Fibra muscular Miofibrilla muscular Miofilamentos

15. Banda A Banda I Zona H Línea M Miofilamento fino Actina Miofilamento grueso Miosina sarcómero Línea Z Línea Z

16. Corte transversal: disposición triangular de la miosina miosina

17. Corte transversal: disposición del miofilamento fino actina

18. Corte transversal: zona de superposición actina y miosina miosina actina

19. miosina actina H I

20. En el corte transversal practicado a través del disco I se comprueba que los filamentos finos se encuentran distribuidos en forma hexagonal, mientras que en un corte hecho a través de banda H los filamentos gruesos muestran una distribución triangular. En la zona en que ambas clases de filamentos se superponen, cada filamento grueso se encuentra en el centro de un hexágono determinado por los filamentos finos, y cada uno de estos en el centro de un triangulo formado por los gruesos. En el músculo se encuentran dos clases de proteínas: actina y miosina. Los filamentos finos están formados por actina y los gruesos por miosina.

21. FASES DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR Cuando a un músculo se le aplica un estímulo eléctrico superior a un valor umbral mínimo de voltaje, la respuesta es una contracción simple llamada sacudida. La amplitud de la sacudida es proporcional a la intensidad del estímulo; lo que se explica afirmando que a mayor intensidad del estímulo mayor es el número de fibras excitadas Estímulo mínimo: excita a una sola fibra Estímulo máximo: excita a todas las fibras

22. Tiempo de latencia (t 1 ), es el tiempo entre la aplicación del estimulo y la iniciación de la contracción. Tiempo de contracción (t 2 ), es el tiempo de iniciación de la contracción hasta el punto en que se produce la máxima tensión. 0 50 100 150 200 t(ms) t 2 t 1 t 3 T

23. Tiempo de relajación (t 3 ), es el tiempo donde alcanzada la máxima contracción el músculo se relaja, es decir, disminuye gradualmente la tensión hasta llegar al estado de reposo. Durante un corto tiempo después de aplicado el estimulo una repetición del mismo no produce ningún efecto. Este intervalo de tiempo se llama periodo refractario.

24. Si un músculo recibe un segundo estimulo durante un intervalo próximo al tiempo de tensión máxima, se observa un aumento de tensión cuya amplitud puede ser dos veces mayor que la sacudida simple. Este aumento se llama sumación de contracciones . Cuando los estímulos se aplican al músculo en rápida sucesión antes que se inicie la relajación, se llega a un estado en el cual posteriores aplicaciones del estimulo no aumentan la tensión desarrollada por el músculo, es decir, se ha alcanzado el tétanos . En esta fase se mantiene la tensión constante hasta que, después de cierto tiempo se produce la fatiga y la tensión decae aún cuando se continúe la aplicación del estimulo.

25. tétanos sumación T fatiga … … 0 2 4 6 8 14 16 18 20 t(ms)

26. TRABAJO MUSCULAR Todo músculo sobre el que actúa un estimulo superior al umbral se contrae L o  L estímulo Músculo contraído L

27. Donde W es el trabajo por unidad de área, T la tensión y ΔL el acortamiento de las fibras. W (+): contracción realizada por la fuerza muscular. W (–): extensión del músculo debido a una fuerza exterior. El trabajo muscular se define como el producto de la tensión del músculo por el acortamiento de su longitud, esto es

28. TRABAJO REALIZADO POR UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR Las contracciones son: Isométrica: tensión muscular en la pierna para fijar articulaciones Isotónica: mover piernas, levantar brazos Auxotónica: longitud del músculo y fuerza variables A sobre carga: parte isométrica (AB) y parte isotónica (BC)

29. (a) A B C T T 1 T 2 L 1 L 2 L (b) Trabajo W = T 2 (L 2 - L 1 ) = área

30. POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR Energía total relacionada con la contracción muscular  E = α  L + T  L α = 0,035 J / cm3 Donde α  L es el calor de la contracción y T  L es el trabajo Dividiendo entre el tiempo

31. Luego tenemos Donde y v la velocidad de contracción

32. RENDIMIENTO DEL MUSCULO El rendimiento del músculo que consume Q unidades de energía para producir el trabajo W esta dado por la relación W/Q . Pero en lugar de este rendimiento total podemos considerar el rendimiento neto del músculo, estableciendo la relación entre el trabajo W producido y la energía Q 2 consumida para realizarlo, sin tener en cuenta la cantidad Q 1 que consume el músculo en reposo. Así tendremos el rendimiento total

33. Y el rendimiento neto Q 1 es la cantidad de calor que desprende (o consume) el músculo en reposo y Q 2 es la energía adicional consumida durante la producción de un trabajo.